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都市を眺める新たな視点
都市を眺める新たな視点 神田 学 研究室∼国際開発工学専攻 ヒートアイランド現象や集中豪雨など、近年、 都市域において様々な特異現象がみられるように なった。これらの現象はどのようなプロセスを経 て発生するのだろうか。都市域の環境を研究する 際には、包括的な実測に基づいた検証を行う必要 がある。しかし、そのような検証は世界的にほと んど行われていない。 このような現状の中、神田研究室ではどのよう にして都市域の環境の研究に取り組み、その未開 拓の分野を発展させていこうとしているのであろ 神田 学 助教授 うか。 『最初の一歩』が踏み出されるまで 我々が生活をしている都市でのエネルギー消費 測しにくいものとなっている。その上、建物の並 量は年々増加し続けており、莫大なものとなって び方次第で乱流による輸送効率は変化してしま いる。それに伴い、近年、都市域において特異な う。従って、輸送過程を正確に把握するためには 気象現象が見られるようになった。それに代表さ 都市上空で直接観測を行わなければならないので れるのがヒートアイランド現象や集中豪雨であ ある。 る。これらの現象は都市内部で発生した熱や水が 神田研究室では、都市域における熱や水などの 周辺の大気や水域に排出され、影響を与えること 輸送過程の研究をテーマに掲げ、熱フラックスな によって引き起こされる。そのため、現象の本質 どの各種フラックスの観測と得られたデータの検 を見極めるには、都市とその周辺との間の熱や水 証を行っている。フラックスとは単位時間と単位 の輸送過程を知ることが非常に重要なのである。 面積当たりの熱や水蒸気などの移動量のことであ そもそも、地表面と上空の間の輸送はどのよう る。フラックスを都市上空で長期間観測すること に行われているのだろうか。地表面で発生した熱 により、都市地表面と上空の間の熱や水蒸気など や水蒸気は主に乱流によって上空へ運ばれる。乱 の輸送過程を把握することができるのだ。 流とは時間的にも空間的にも不規則な運動をして ところが、現状では都市上空におけるフラック いる流れのことで、直径数 cm から数 km のものま ス観測はほとんど行われていない。この理由とし で、様々な大きさの渦から成っている。地表面か ては都市域におけるフラックス観測の難しさが挙 ら高さ１km付近の間では、地表面の摩擦や凹凸、 げられる。フラックス観測は都市上空20 ∼ 30mで 地表面からの加熱などの影響で規模の小さな乱流 行うので、高い位置に観測機器を設置するための が特に多く発生している。都市においては地表面 タワーが必要になる。しかし、これに街に林立し がより複雑で、大量のエネルギーが内部で発生し ている既存のタワーを利用することはできない。 ているため、その傾向は顕著だ。乱流が多く発生 流体抵抗が大きく、観測機器に到達する前に、風 し、都市地表面と上空の間の輸送過程は非常に予 がタワーそのものによってゆがめられてしまうか 1 Vol.50 らである。そのため、流体抵抗が小さいタワーを 市域における長期フラックス観測のための最初の 使用する必要があるのだ（写真１） 。このようなタ 一歩が踏み出されたのである。 ワーを建設するためには非常に高い技術が必要で ある。また、タワー建設の際には地域住民や行政 の許可を得なければならない。様々な実情が存在 する中において、世界で初めて都市上空での長期 フラックス観測を実現させたのが神田研究室なの である。 神田研究室では、2001 年５月より東京都大田区 久が原においてフラックスの観測を始め、現在も 観測を続けている。この観測の場合も、30m もの タワーをいきなり市街地に建設するというわけに はいかなかった。地道な説得の結果、地域住民の 理解や協力を得てタワー建設にこぎつけることが できたのである。 地域住民の方々の理解を得られたことについ て、神田先生は日本人の環境に対する意識の高さ を感じたという。住民の方々の高い意識と、神田 研究室の研究に対する熱意。この二つが存在した ことで住宅街でのタワー建設が可能になった。都 写真１ 久が原のタワー 都市を測る新しいツール 日本国内の諸都市ではヒートアイランド現象や まず、現地観測としては首都圏での大規模同時 内湾域の淡水化、高温化など、新たな環境問題が フラックス観測が行われる。前章で紹介した久が 発生している。個々の現象そのものについては気 原での観測の他に、神田研究室では期間は短いも 象、水文、海洋の各分野で研究が進んでいる。し のの、東京湾や銀座などでも観測を行っていたこ かし、都市域全体における水やエネルギーの流れ とがある。これらの観測で培ったノウハウを基 が把握されていないために、諸現象がいつ、どこ に、首都圏の都市空間、大気、水域をカバーした で発生し、どう変化するのか、という予測を行う 世界最大規模のフラックス観測を行おうというの までには今現在も至っていない。 である。ここでは久が原での観測に用いられてい このような現状の中、神田研究室を中心として るようなタワーの他に、最新鋭のレーダー機器 進められているプロジェクトが『都市と大気と水 や、航空機、船舶も導入されて観測が行われる。 圏における水・エネルギー交換過程の解明』であ 現在は観測機器の調整段階にあり、観測は来年か る。まず、実測に基づいてフラックスの時間、空 ら行われるということである。この観測により、 間的な変動を把握して、データベースを構築す 首都圏という広範囲における水・エネルギー循環 る。そして、得られたデータを検証することによ 系を直接捉えることができるのだ。 り、都市構造や自然環境から、その都市の水・エ 現地観測で得られたデータを検証することは、 ネルギー交換過程を推測できるようなモデルの開 モデル開発のために必要不可欠だ。今までも述べ 発を行う。これがこのプロジェクトの基本的構想 てきたように、未開拓の分野であるため、実際に となっているのだ。モデル化のためのデータ収集 観測を行うことではじめてわかることが多い。例 は、非均一性、不確定性の強い実際の都市での現 えば、久が原で現地観測が始まり、徐々にデータ 地観測と、制御された条件下でのモデル実験を行 が揃ってきたときに興味深い事実が浮かび上がっ うことで進められる。 てきた。それは、コンクリートから発生する蒸発 Jan.2004 2 熱（コンクリート潜熱）が都市全体でみたときに 無視し得ない大きさをもつということであった。 神田先生はこの事実に大変興味をひかれ、コンク リート潜熱についての検証を行った。様々な気象 条件下において、単位体積当たりのコンクリート 潜熱の発生量についてのデータを取ったのであ る。得られたデータは大規模同時観測や、次に紹 介するモデル実験での観測結果の検証の際にも活 かされる。現地観測で新しく認知された要素を考 慮することで、より精密なモデルの開発を行うこ 図１ 二つのパラメータ とができるのだ。 一方、モデル実験はミニチュアの都市を用いて 最大の特徴であり、利点なのである。もちろん、 行われる。ミニチュアといっても、都市の建物を このミニチュア都市のような大規模な実験設備を 模した一辺 1.5m のコンクリートブロックを 用いたモデル実験は世界で初めての試みである。 100m×50m の屋外の敷地に配置するという大規模 それだけに日本国内からだけではなく、世界から なものだ。ミニチュア都市内の建物の配置を類型 の注目も非常に大きいのだ。現在は実験設備の建 化し、自然気象条件下において各種フラックス 設中で、観測は来年から行われる。 や、都市全体での水収支を観測する。そして、自 この章で紹介した二つの方法で得られたデータ 然気象条件下において、都市構造が熱や水の輸送 は東工大で活用されることはもちろん、世界各地 過程に与える影響を把握しようというのだ。 にも公開されることになるという。現在、世界中 この実験では、都市内の建物の配置を類型化す で様々な都市モデルが開発されてはいるが、これ るための主なパラメータとして、建蔽率とフロン らのモデルを検証するためのデータはほとんど無 タルエリアインデックスが用いられる。建蔽率と い。データ自体が貴重なため、データベースを公 は都市を上から見た場合の建物の込み具合のこと 開することで世界中のモデル開発が発展するだろ を、フロンタルエリアインデックスとは風上から うと神田先生は考えているのである。そして、神 見た場合の建物投影面積と敷地面積の割合のこと 田先生はこのプロジェクトの基本構想であるモデ を示す（図１） 。そして、コンクリートブロックの ルの開発の先にさらなる可能性を見据えている。 配置を変えることで、様々な建蔽率とフロンタル 現在、アジアには多くの大都市が存在し、今後 エリアインデックスをもつ都市を再現できる（図 更に人口が増加していく傾向がある。日本各地の ２）。また、内部に植物や大型道路を導入するこ 都市圏において実際に生じている環境の変化は、 とで、蒸散効果や風洞効果の検証を行う予定もあ アジアの諸都市圏においても発生すると予想され るという。検証したい条件を理想的に備えている ている。将来、急激な人口増加に伴って新たに出 モデル都市での観測を行えることが、この実験の 現してくる都市でも同様の変化が起こるだろう。 図２ ブロックの配置を変えることで様々なパラメータの値をもつ都市を再現できる 3 Vol.50 こうした情勢の中、モデルの開発が順調に進め 法を確立することで、これからアジアを中心に出 ば、周辺の環境になるべく負荷を与えないような 現してくる大都市での環境問題の発生を抑えてい 都市を設計することが可能になる。このような方 きたいと神田先生は思索しているのである。 神田研究室 前章で紹介したプロジェクトでは、ミニチュア 領域に踏み込んでいくということである。もちろ 都市や、実際の都市、大気、水域といった様々な ん、今述べたような段階を踏んで他分野と提携を 領域で観測を行うことになる。そのため、気象 していく際には困難が多々伴う。実際、神田先生 や、建築、水文、海洋など、様々な分野の専門家 は次のようにおっしゃっている。 と提携して研究を進めていく必要がある。また、 「他分野の人達と共同で研究を進めていく際に ミニチュア都市実験は、その独自性と有用性のた は、一つ一つの分野の知識や技術を専門の人達と めに国内外から多くの研究者が参加する予定であ 議論を交わせられるくらいのレベルにまで上げて るという。そのような中で、神田先生はプロジェ おく必要があります。そうでなければ相手にもさ クトの代表者として全体の指揮をとっている。そ れないし、互いに研究を進めていくことなど不可 して、各パートにおいても積極的に作業に関わっ 能なのです。だから、複合領域分野の研究を進め ているのである。 ていく際には勉強しなければならないことが山積 大体の要素学問が成熟していく21世紀において は、複合的な研究に今以上に注目が集まってくる しているんですね」 。 しかしながら、その上で神田先生はこのように だろう。複合的な研究とは、これまで紹介してき もおっしゃっている。 た神田研究室で行われている都市域の環境の研究 「しかし、そのように勉強することがたくさんあ や、近年注目を集めている文理融合型の研究など る分、面白い。それと、様々な分野を横断的に眺 である。 めて問題に挑戦する。ここのところが複合領域分 複合領域分野で研究を進めていくためには三つ の段階を踏むことが大切であると神田先生はおっ 野では非常に面白いんですね。好奇心が旺盛な人 にとっては非常に楽しい分野であると思うよ」。 しゃっている。一つ目の段階は、色々なことに興 この言葉から、都市域での長期フラックス観測 味を持って、他分野の人々と積極的に交流をして や、ミニチュア都市実験など、世界中で誰も踏み いくということ。二つ目の段階は、提携している 込んだことがない研究テーマにおいて、他分野の 様々な分野を横断的に眺められる広い視野をもつ 人達と協力し、一つ一つの事実を検証していくこ ということ。そして三つ目の段階は、自ら限界を とで未開拓の分野を少しずつ切り開いていこうと 設けずに多くの知識を習得し、積極的に他分野の する神田研究室の理念を感じることができた。 今回、神田研究室の記事を LANDFALL 本誌に 多く読者の皆様に伝えたいと思い、記事を書かせ 掲載させて頂くにあたり、神田先生には都合二回 て頂きました。読者の皆様がこの記事を通じて神 の取材をさせて頂きました。神田先生からは研究 田研究室で行われている研究、そしてその先にあ の内容はもちろんのこと、研究の背景や複合領域 る展望に興味、関心を抱いて下さるなら、それほ など様々なお話を聞かせて頂き、私にとって非常 ど嬉しいことはありません。 に興味深く、そして、非常に楽しい取材でありま 最後になりましたが、多忙な中取材に快く応じ て下さった神田先生にこの場を借りてお礼を申し した。 私が神田先生からお話を伺い、神田研究室とい 上げます。 うものを知ることで得られたこの感動を少しでも 神田研究室URL Jan.2004 （岸 寛） http://www.cv.titech.ac.jp/~kandalab/index.html 4